Pin địa chất: Nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và vô tận của lòng đất

Nắm rõ được về cơ chế hoạt động của pin địa chất sẽ giúp con người có được góc nhìn sâu rộng hơn về hệ sinh thái đất ngập nước, từ đó tiếp cận những cách làm mới chống biến đổi khí hậu.

Trong hệ thống khí hậu vô tận của thiên nhiên, đất và nước là những ngân hàng năng lượng tự nhiên dồi dào mà các nhà nghiên cứu của Đại học Aarhus, Đan Mạch đã nhận thấy được tiềm năng phát triển thành pin địa chất giúp cung cấp năng lượng mà không gây hại tới môi trường.

Pin địa chất hoạt động theo cơ chế như thế nào?

Pin địa chất tận dụng những nguồn năng lượng tự nhiên có sẵn từ đất và nước.

Pin địa chất hay địa pin là hệ thống truyền điện tự nhiên có sẵn trong đất và nước. Về cơ bản, pin địa chất được làm từ 3 loại thành phần chính là chất hữu cơ tự nhiên, carbon pyrogenic hay khoáng vật hóa trị hỗn hợp. Vật chất hữu cơ tự nhiên chính là các loại thực vật đang phân hủy, sinh khối tích tụ trên vùng đất than bùn. Loại thứ 2 cacbon pyrogenic chính là các chất hữu cơ được hình thành sau khi bị cháy như bò hóng, tro gỗ, than sinh học. Cuối cùng là các khoáng chất có trong đất như sắt mà mangan cũng giúp hình thành nên pin địa chất. Ngay cả những hạt vi nhựa nhỏ rơi rớt trong lòng đất cũng có thể hoạt động như địa pin.

Địa pin chứa các nhóm hóa chất đặc biệt có thể thu và giải phóng electron. Nhờ khả năng này, pin địa chất có thể thu hẹp khoảng cách giữa các hệ sinh thái đất, đồng thời giúp truyền năng lượng đến nơi cần nhất.

Trong công bố hồi tháng 7/2024, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Shihao Cui đã khám phá ra cơ chế hoạt động của pin địa chất. Nhờ chu trình lưu trữ, trao đổi và tiếp nhận electron một cách thuận nghịch, hệ thống truyền điện trong đất hoạt động như những cục pin sạc nhỏ, nhờ đó có thể cung cấp năng lượng cho môi trường xung quanh.

Giống như các loại pin khác, pin địa chất cũng xảy ra các phản ứng oxy hóa khử. Tuy nhiên, điểm khác biệt của pin địa chất là nhờ cơ chế sạc dự phòng liên tục sạc lại nhờ điều kiện môi trường thay đổi, ví dụ như sự dao động của mực nước ngầm.

Tiến sĩ Shihao Cui phân tích các mẫu than sinh học cho nghiên cứu của mình.

Những lợi ích không tưởng của pin địa chất

Việc nghiên cứu pin địa chất không chỉ đơn giản là tìm kiếm nguồn năng lượng tái tạo mới, mà còn có ứng dụng có tiềm năng lớn. Pin địa nhiệt hoạt động giống như những nhà máy phát điện mini. Chúng có thể thúc đẩy quá trình tiêu hóa kỵ khí phân hủy chất thải để tạo ra năng lượng. Ngoài ra, pin địa chất cũng giúp làm sạch nguồn đất và nước bị ô nhiễm bởi các chất độc hại như thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật… Hiểu được khả năng truyền electron của pin địa nhiệt sẽ giúp con người điều chỉnh được các quá trình tái chế chất dinh dưỡng, phân hủy chất ô nhiễm và giảm phát thải khí metan.

Phát hiện thú vị nhất chính là khả năng thu giữ carbon trong lòng đất nhiều hơn. Một số pin địa nhiệt còn giúp giảm phát thải loại khí nhà kính mạnh như metan. Đây chính là vai trò quan trọng của pin địa nhiệt trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu trong thời đại phát thải quá tải hiện nay.

Tiến sĩ Shihao Cui cho biết, pin địa nhiệt chịu tác động của mực nước ngầm. Vì thế, khi nghiên cứu được phản ứng của chúng trong môi trường thay đổi có thể dự đoán được phản ứng của hệ sinh thái khi xảy ra lũ lụt, hạn hán và thiên tai khác. Từ đó, những dự đoán về môi trường cũng được cải thiện khi có biến đổi.

Đất và nước là những kho lưu trữ carbon hiệu quả. (Ảnh: Shutterstock).

Nghiên cứu về pin địa chất có thể hỗ trợ con người trong công cuộc chống biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay chính là sự biến đổi phức tạp của môi trường tự nhiên khiến cho việc đo đạc quá trình truyền electron trở nên khó khăn hơn. Vì vậy, các nhà nghiên cứu vẫn đang tiến hành công tác thực địa để theo dõi mực nước ở vùng đất than bùn hoặc ngập nước. Nghiên cứu thực địa này sẽ giúp thu hẹp khoảng cách giữa phòng thí nghiệm và thực tế, đồng thời hiểu rõ hơn về các nguyên tố được tái chế và cách khí nhà kính.

Cập nhật: 26/11/2024 KTMT